JVMガベージコレクション

JVM仕様は自動ストレージ管理を要求しますが、コレクタやヒープレイアウトを規定していません。したがって、コレクタの動作は、実行されるJVM、リリース、フラグ、ヒープサイズ、ワークロードの特性です。

到達可能性とメモリプール #

トレーシングはGCルートから開始されます。GCルートには、実行中スレッドのスタックとレジスタ、staticフィールド、JNIハンドル、VMランタイム構造体などが含まれます。ルートから強く到達可能なオブジェクトは生存し続けます。ソフト参照はメモリ逼迫時にクリアされる可能性があり、弱参照は参照先を保持せず、ファントム参照はReferenceQueueを通じた事後処理の調整を支援します。これらはいずれも決定的なリソース解放の代替ではありません。try-with-resourcesを使用し、 Cleanerは安全網としてのみ使用してください。ファイナライゼーションは削除予定として非推奨です。

Javaヒープにはオブジェクトと配列が格納されます。HotSpotでは、メタスペース、コードキャッシュ、スレッドスタック、ダイレクトバッファ、GCの管理情報、ネイティブライブラリがヒープ外のメモリを消費します。-Xmxが上限を設定するのは Javaヒープだけなので、コンテナの制限ではネイティブメモリ用の余裕を確保する必要があります。プール名とメモリ使用量の集計方法は、コレクタおよび実装に依存します。

世代別管理と割り当て #

世代別コレクタは、多くの割り当てが短時間で不要になるという事実を利用します。新しいオブジェクトは若い領域に割り当てられ、生存したオブジェクトはサバイバー領域を移動し、古い領域へ昇格することがあります。若い世代の各コレクションですべての古いオブジェクトを走査することを避けるため、ライトバリアは古い世代から若い世代へのポインタをカードテーブルまたはリメンバードセットに記録します。割り当て率、生存集合のサイズ、昇格率、利用可能な退避領域は、ヒープ使用率だけよりもメモリ逼迫を適切に予測します。

HotSpotコレクタのトレードオフ #

HotSpotは異なる目的を持つコレクタを提供します。

Serialは、小さなヒープで実装オーバーヘッドを最小化します。
Parallelは、並列のstop-the-world処理によりスループットを優先します。
G1はヒープをリージョンに分割し、並行処理と退避処理のバランスを取りながら、ポーズ時間の目標に向けて動作します。
ZGCは、バリアと並行処理によるリソース使用を伴う代わりに、マーキングと再配置の大部分を並行して実行し、短いポーズを目指します。
選択したディストリビューションが提供する場合、Shenandoahも並行退避を実行し、ポーズ時間を短縮します。

コレクタの可用性とデフォルトは、JDKベンダーおよびリリースによって変わります。過去のデフォルトを運用ガイダンスに埋め込むのではなく、 java -XX:+PrintCommandLineFlags -versionと、使用しているリリースのドキュメントで実行中のランタイムを確認してください。

すべてのトレーシングコレクタには、調整のためのポイントが必要です。ルート処理、リマーク、一部の退避処理では、アプリケーションスレッドを停止することがあります（STW）。並行フェーズはポーズ時間を短縮しますが、CPUとメモリ帯域幅を消費し、バリアを必要とし、再配置用の空き領域を必要とします。したがって、ポーズ目標を短くすると、スループットが低下したり、割り当て圧力下で失敗したりする可能性があります。

証拠に基づくチューニング #

統合ログを有効にし、アプリケーションのレイテンシおよびリソースメトリクスと相関させます。

java -Xlog:gc*,safepoint:file=gc.log:time,uptime,level,tags ...
java -XX:StartFlightRecording=filename=recording.jfr ...

JFRの割り当てイベント、jcmd、保持が疑われる場合のヒープダンプ、CPUおよびコンテナのメトリクスを使用して、過剰な割り当て、増加する生存集合、断片化、ネイティブメモリの枯渇を区別します。次の順序でチューニングします。

意図しない保持と割り当てホットスポットを排除する。
測定した生存集合と割り当てバーストに合わせてヒープサイズを設定する。
測定したレイテンシおよびスループットの目標に適したコレクタを選択する。
文書化された目標を少数だけ変更する。その後、
代表的な負荷測定を繰り返す。

System.gc()は要求であり、正しさを保証する仕組みではありません。また、性能に大きな影響を与える処理を引き起こす可能性があります。アプリケーションの動作はコレクションのタイミングに依存してはなりません。